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摘要：目前风力发电作为一种可再生能源，在社会主义国家的发展战略中具有重要地位，我国的风力发电资源十分丰富，根据统计，我国的风力发电总量约为32亿千万，其中陆地上支持开发的风力能源存储量在2.53千瓦。为促进和推动风能的充分利用，政府陆续采取一些优惠政策，推动我国风电工程产业的快速扩张。针对目前使用的大功率风机机械式冲击的问题，提出采用桨叶式柔性控制的技术。这种自动化控制的方法很好地减少风力发电机组正常运行过程中对于机组的各种机械栽载和机械冲击，大大延长发电机组的使用寿命，并且也增强发电机组工作的可靠性。
关键词：风力发电机；桨叶；柔性控制技术
前言：在整个风力发电驱动装置中，作为整台风力风机电气控制系统中重要的组成零部件，可以通过改变桨叶角来控制转动系统，通过直接接受风机桨叶控制器下的桨叶转动控制系统命令，实时准确地自动调整风机桨叶的转动位置，确保整个风力发电发动机组的正常工作运行。目前国内大多数的风机变速叶桨运行控制传动系统都仅仅是采用基于传统被动控制变速叶桨运行控制系统技术，依靠对流式风机主动控制器的两个桨叶自动运行时的控制位置指示灯的信号合并来控制调整桨叶上的运行控制位置。采用这种可逆式风力变桨器和控制传动系统的立式风机在启动时由于机械载荷相对较大，停止时，振动剧烈，机械上的外力冲击巨大，严重地直接影响许多大型零部件的正常使用寿命。所以在国内各个主要的大型风力发电场都曾经有一次时间出现过台风机组在停运的同时会突然出现风机叶片可能碎裂、甚至是倒塌等各种情况。
1、现场问题分析
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目前国内的大型风力发电机组在使用中遇到大多数事故时，均是采用蓄电池回收桨。站在整台风机正常运行的位置，有许多故障就会导致风机电池收浆，从而引起变桨系统的电池被收桨。电池回收桨是一种安全防护措施，其主要目的是为让电池回收桨能够迅速地停机，避免出现飞车问题。但是电池式收桨（直流转换式收桨）是一种非常不可控的收桨工艺，必须要求它在各种电气硬件上都要经过严格的设计，保证它的收桨速度是在叶片式载荷所能够支撑和承受的范围内，站在整台风机正常运行的位置，必须要求它能够确保由于收桨速度相互关联而导致的塔筒装卸速率所造成的塔筒晃动被控制在安全负载的范围内。
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问题解决办法
为有效地解决以上所述的问题，某风电公司就此次采用柔性桨叶自动控制系统设计。这种设计方案主要考虑到在保证风机安全运转的条件下，通过调节桨叶和收螺旋速度等措施，以及实现减少和降低风机机组以较小的机械振动和冲击作用为主要目标的先进控制技术。通过我们对于风机的叶片尺寸进行调研，目前国内外各类型风力发电机组中的桨叶可以承受最大改变桨速率基本上都是8/S。在仿真和测试的过程中主要采用两种收桨的方法，一种就是采用变化收桨的速度，首先就是采用0~32。本工程区间为8/S的旋转和收桨时间，然后逐步减少桨叶的收螺旋转时间。其他的一种办法就是直接使用电池回收桨。具体参数见图1。
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图1、电池收桨与柔性收桨曲线对比图
在防止飞车情况不断变化发生的必要紧急条件下，尽可能地缓慢的启动进入和中止停机。当收翼采用新的变桨收翼程序系统检查到收翼变桨叶片驱动链上的元件发生异常故障后，将自动从收翼采用新的柔性转翼收桨程序切换至收翼采用蓄电池式柔性收翼变桨，保证变桨叶片的安全被变桨取出。
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现场改造工程
为验证该解决方案的实施可行性，对所属该企业在晋西北地区某一大型风场设计并进行专项改造。
3.1调整自动变桨减速器和齿轮箱的传动扭力比
依据叶片工厂的设计规定，叶片调节桨速度不得小于8/S，超过该速度，将会对叶片的使用寿命和性能产生很大的影响，同时因为叶片的收桨速度过快，将会直接引起齿轮箱的变桨和刹车系统使用寿命，同时因为剧烈振动，将大大地影响到叶片，塔筒，变桨和减速器以及齿轮箱的传动连接系统。根据国内现有减速比资料，同一台变桨式减速发电机的齿轮箱制造商讨论，采用更换一级减速比的工作方式，以此来增大减速比从而提高发电机的驱动扭力，降低变桨的速度。具体修正措施如下：
3.1.1原来的诅计参数
变桨减速机型号：东汽2.0；型;速比：109.66;转速：0~2500r/ mill。 3.1.2调整后的参数
(1)改变减速输入第一级，总速比值的设定范围为：142.44~175.86范围都可以，本次调整选择的方式是运行时总速比132:1的自动放在减速器上。(2)安装后实际速比：151.45，满足实际汽车使用中的需求。(3)各种传动接口必须与j-bj1500c型自动变桨式齿轮减速器相互连接。(4)高速电动机的额定转速：0-2500r/min。(5)正常时的最大输出峰值扭矩：3200n.m。
3.2提升驱动性能
提升可逆式变桨驱动器的性能(如图1所示)。增强可以提升逆转式变桨驱动器的能力及效率。再次重新上传收桨程序，最大限度地降低高速蓄电池收桨时的损坏。改变主控的加载策略，优化主控的加载曲线流程，平稳地提升发电功率。通过替换驱动性能较好的驱动器和可逆式变桨发电机，彻底增强变桨系统的驱动
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链条和抗冲击性能。在驱动电源线路中选择 32a 的热继( ABBTA25D )(原先采用 24A 的热继)既有利于保护线路和装置的安全，又使其能够很好地充分发挥出驱动器和电机的特点。
4、改造效果测试 4.1整机振动情况测试
经过现场计算，使得整机的振动加速度下降 80/S ，风机振动加速度下降至大约是电池回收桨的50%左右。
4.2收桨速度测试
桨叶在收桨过程中的速度进行对比，电池在收桨过程中其实际接收到的收桨速度始终为13/ s ~17/ s ，同一时刻三个桨叶之间的收桨速度波动很大。由此我们可以清楚地看到，通过这种改造，桨叶的收桨速度正在不断地发生变化，其中收桨速度的最高值为7/ s ，且同一时刻三个桨叶之间的收桨速度波动不大。
结语：经过大量的研究和验证，对在役机组采用柔性可控技术。实现的目标：(1)减小和降低风机机组在工作时产生的机械振动和外力。它们是可以用来通过不同的仪器或者是表来检测的。(2)变桨控制体系运行可靠，直接降低变桨控制体系的电气故障和零配件故事。
参考文献：[1]宋玉鹏，陈建兵，李杰. 考虑桨叶旋转采样效应的海上风力发电机组支撑结构疲劳分析[J]. 太阳能学报，2021,42(06):256-264.
[2]赵勇，蒋涛，张炳奇，孙越，杨兵. 风力发电机桨叶螺栓断裂原因分析[J]. 吉林电力，2020,48(05):43-45.
[3]张广兴. 大型风力发电机组变桨控制及载荷仿真探究[J]. 科技视界，2020,{4}(26):120-121.
[4]闫学勤，王维庆，王海云. 基于IQPI-R的风力机独立变桨距控制策略研究[J]. 太阳能学报，2020,41(10):229-235.
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[5]马高晨. 风力发电机桨叶避雷线断线检测系统设计[D].内蒙古科技大学，2020.
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